E分項:綠色電子材料與製程
E-1、研究計畫之背景:
我國是全球半導體、面板、太陽能、LED的製造重鎮，每年創造上兆的產值，但臺灣地小人稠，開發綠色電子材料與製程，甚至循環再利用，都是刻不容緩的事，例如矽晶碇切割成半導體晶圓或太陽能晶片伴隨產生大量的切割矽泥，當成廢棄物處理。以多晶矽切割程序為例，每100萬噸的矽，就有40萬噸的矽因此被丟棄。因此本計畫將矽泥做成奈米級的SiO2，可用於紡織用途，也可用於儲能鋰電池的SiO陽極材料，或SiCl4、TEOS等重要特用化學品。且矽為很好的還原劑，用於產氫也極具潛力。發展綠色化工製程，目前有意願合作的廠商包括光宇科技，金剛科技，中美矽晶，國碩科技等。另外電子製造業製程使用到大量化學藥劑，含有大量重金屬，本研究將製程廢液減量與高值金屬回收為研究主軸，已開發出控制流場之無電鍍綠色鍍Au製程，在通有穩定鍍液流體的流道中完成鍍著，從適當流道設計達到更具有生產效率的沉積。在結合流體力學與化學反應動力學礎上，可以針對不同批次的流體循環再利用，不但消耗更少的原物料及能源，還兼有製程減廢之效益，進而取代大鍍槽作業方式。本前瞻技術已與欣興電子合作。在回收方面，本研究以大氣電漿的原理，開發新穎綠色環保無毒之金屬回收技術以製備奈米金屬材料，而獨特的電漿-液體系統對金屬離子具有強烈的還原力，亦可調節電漿系統參數來還原物質之產率，另外本計畫亦投入矽晶圓之切割矽泥再利用技術，未來將進一步投入玻纖、碳纖及其他PCB邊料之回收再利用。上述回收之基材及奈米金屬可應用於電子皮膚、軟性或穿戴式電子元件，應用於偵測心跳、 體溫、血糖等自主健康管理置入性醫療裝置。本研究擬發展之電子皮膚結合摩擦起電、生物燃料電池，減少能源需求，藉由大面積印刷，要求相對簡單對環境友善，基板材料可以選取從大自然提煉的無毒高分子。另外，本研究團隊亦研發出可黏貼在任意基板的記憶體，可拉伸式之雷射元件/光電偵測器/記憶壓力感測電晶體等，具合成簡單且有成本低之優勢。
E-2、研究方法、進行步驟及執行進度:
本分項計畫研究主軸，包括矽廢棄物的回收再利用技術，SiO儲能材料與關鍵半導體原料SiCl4與TEOS的綠色製程技術，電鍍、無電鍍廢液減量之綠色製程，及廢液金屬回收應用，開發高能/高活性電漿物種於綠色回收材料製程，研發綠色穿戴電子皮膚的關鍵技術，綠色高演色性與廣域性LED的材料與製程開發，以及低電壓電子顯微鏡分析在綠色電子材料的應用技術等。本分項計畫總體目標是協助臺灣電子產業邁向「高價值」、「低汙染」、「長時效」、及「可回收」四大願景，分年計劃目標如下所示:
第1-2年工作內容: 1. 回收矽的長晶應用與SiO製備與在鋰電池陽極的應用; 2.小型電漿設備與金屬奈米測試應用; 3.完成Au廢液減量製程; 4.可撓式壓力光電感測器及可撓式光電記憶體開發; 5.連續微流道系統進行鈣鈦礦量子點之量產合成技術之建立。
第3-4年工作內容: 1.開發並技轉SiO製造關鍵技術; 2.開發由矽泥製造SiCl4的製程技術; 3.開發並技轉可批量式金屬合成奈米材料綠色關鍵技術; 4.開發可撓式自我供電之生物分子感測器及光電元件; 5.開發鈣鈦礦量子點之背光應用技術。
第5年工作內容: 1. 開發並技轉由矽泥製造TEOS的綠色製程技術; 2.開發並技轉電子相關產業之廢液作為金屬原料合成奈米材; 3.可撓式非接觸觸控光電元件及磁性感測器; 4. 開發鈣鈦礦量子點於QLED 關鍵技術。
圖一、E分項綠色電子材料之計畫架構圖。
109年度執行成果亮點
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重點發展項目
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發展現況
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最終目標
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109年度展示成果
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綠色矽回收與電子製程循環再利用關鍵技術開發
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電子工業用矽晶碇切割製程產生大量的切割矽泥，且產生大量廢棄物。主持人藍崇文教授已初步開發矽泥為氧化矽等高值特用化學，並吸引多家廠商先期合作。主持人高振宏從事無電鍍銅製程，並與多家電子大廠合作應用於半導體封裝技術。主持人劉如憙教授開高演色與廣域LED的關鍵綠色製程技術，兼有製程減廢及節能之效益。
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建立世界領先之矽泥/電子廢液回收純化及再利用技術及國際產學合作中心，吸引產學研高階研發人員進駐，並技術移轉產業建立一項以上新生產線。
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1.回收矽晶圓公司(中美矽晶，友達等)廢棄的矽泥回收製備為矽負極材料性能優越，500 次循環測試，電池電性仍維持原有電性80%以上，由台大授權技術「從矽產業廢棄物與副產物製造鋰電池負極材料」設立藍星材料新創公司，量產製作鋰電池負極材料，近期並技轉碩禾電子材料的SiO反應器，完成200公斤級設備的初步測試，極具商業化潛力。
2. 所開發製程結合微流道以及無電鍍製程，透過循環使用鍍液的方式開發出一新穎無電鍍製程，此製程新穎性為在通有穩定鍍液流體的流道內進行無電鍍Ni、Cu、Au鍍著，不單能消耗更少的原物料，且還能將廢液降到最低，並且可解決傳統製程所產生的廢液所帶來的問題，使其同時具有高性能、工業應用潛力、低耗能、降低廢液產生、降低廢棄物處理成本等特性。
3.本研究使用高流速流動化學合成系統簡單，快速，穩定地連續合成高度穩定的鈣鈦礦量子點，將傳統一鍋法合成製程轉移至流動化學系統，解決傳統之量子點合成批次性差異與難以直接放大量產之問題，並完成耐酸型高流速流動化學合成系統實現三維CsPbBr3鈣鈦礦量子點與零維Cs4PbBr6量子點之調控，並進而與多家廠商開發並建立高演色與廣域LED之關鍵綠色製程，所開發技術局於國際領先地位。
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